ایجاد حافظه ذخیره سازی داده جدید

13 ژوئن 2022 – توسط دانشگاه توکیو

محققان دانشگاه توکیو ترانزیستورهای افکت میدانی عمودی ایجاد می‌کنند که می‌توانند برای ذخیره اطلاعات در یک آرایه سه‌بعدی استفاده شوند، که ممکن است منجر به ذخیره‌سازی سریع‌تر و کارآمدتر داده‌ها شود. اعتبار: موسسه علوم صنعتی، دانشگاه توکیو

دانشمندان مؤسسه علوم صنعتی در دانشگاه توکیو ترانزیستورهای اثر میدانی با شکل عمودی سه بعدی را برای تولید دستگاه های ذخیره سازی داده با چگالی بالا با استفاده از عایق دروازه فروالکتریک و کانال نیمه هادی اکسید با لایه اتمی ساختند. علاوه بر این، با استفاده از آنتی فروالکتریک به جای فروالکتریک، آنها دریافتند که برای پاک کردن داده ها تنها به یک شارژ خالص کوچک نیاز است که منجر به عملیات نوشتن کارآمدتر می شود. این کار ممکن است به حافظه‌های ذخیره‌سازی داده جدید، حتی کوچک‌تر و سازگار با محیط زیست اجازه دهد.

در حالی که درایوهای فلش مصرفی از نظر اندازه، ظرفیت و مقرون به صرفه بودن نسبت به فرمت‌های رسانه‌های رایانه‌ای قبلی از نظر ذخیره داده‌ها پیشرفت‌های زیادی دارند، یادگیری ماشین جدید و برنامه‌های کاربردی Big Data همچنان تقاضا برای نوآوری را افزایش می‌دهند. علاوه بر این، دستگاه‌های مجهز به ابر موبایل و گره‌های اینترنت اشیا در آینده به حافظه‌ای با انرژی کارآمد و اندازه کوچک نیاز خواهند داشت. با این حال، فناوری های فعلی حافظه فلش به جریان نسبتاً زیادی برای خواندن یا نوشتن داده ها نیاز دارند.

اکنون، تیمی از محققان در دانشگاه توکیو یک سلول حافظه انباشته سه بعدی اثبات مفهوم بر اساس ترانزیستورهای اثر میدان فروالکتریک و ضد فروالکتریک (FET) با کانال نیمه هادی اکسید رسوبی لایه اتمی توسعه داده اند. این FET ها می توانند یک ها و صفرها را به صورت غیر فرار ذخیره کنند، به این معنی که برای تامین برق در همه زمان ها نیازی به برق ندارند. ساختار عمودی دستگاه چگالی اطلاعات را افزایش می دهد و نیازهای انرژی عملیات را کاهش می دهد. لایه‌های اکسید هافنیوم و اکسید ایندیوم در یک ساختار ترانشه عمودی نهشته شدند. مواد فروالکتریک دارای دوقطبی های الکتریکی هستند که زمانی که در یک جهت تراز شوند پایدارترین آنهاست. اکسید هافنیوم فروالکتریک به طور خود به خود تراز عمودی دوقطبی ها را امکان پذیر می کند. اطلاعات با درجه پلاریزاسیون در لایه فروالکتریک ذخیره می شود که به دلیل تغییر در مقاومت الکتریکی توسط سیستم قابل خواندن است. از سوی دیگر، آنتی فروالکتریک ها دوست دارند دوقطبی ها را در حالت پاک شده به بالا و پایین تغییر دهند، که عملیات پاک کردن کارآمد را در کانال نیمه هادی اکسیدی امکان پذیر می کند.

ژو لی نویسنده اول می گوید: “ما نشان دادیم که دستگاه ما حداقل برای 1000 چرخه پایدار است.” این تیم با ضخامت های مختلف برای لایه اکسید ایندیوم آزمایش کردند. آنها دریافتند که بهینه سازی این پارامتر می تواند منجر به افزایش قابل توجهی در عملکرد شود. محققان همچنین از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری اصول اول برای ترسیم پایدارترین حالت‌های سطحی استفاده کردند.

ماساهارو کوبایاشی، نویسنده ارشد، می‌گوید: «رویکرد ما این پتانسیل را دارد که زمینه حافظه غیرفرار را تا حد زیادی بهبود بخشد. این نوع تحقیق با استفاده از هر دو نمونه آزمایشی همراه با شبیه‌سازی کامپیوتری ممکن است به فعال کردن لوازم الکترونیکی مصرفی آینده کمک کند.

این کار در کارگاه نانوالکترونیک سیلیکون IEEE 2022 منتشر شده است.